Apakah Masa Dan Adakah Ia Sentiasa Bergerak Ke Hadapan?

Bayangkan masa berjalan ke belakang. Orang ramai akan menjadi lebih muda dan bukannya lebih tua dan, selepas kehidupan yang panjang dalam peremajaan beransur-ansur – tanpa mempelajari semua yang mereka tahu – mereka akan berakhir sebagai cahaya mata ibu bapa mereka. Masa itu seperti yang diwakili dalam novel oleh penulis fiksyen sains Philip K Dick tetapi, yang menghairankan, hala tuju masa juga merupakan isu yang bergelut dengan ahli kosmologi.

Walaupun kita mengambil mudah bahawa masa mempunyai arah tertentu, ahli fizik tidak: kebanyakan undang-undang semula jadi adalah "masa boleh diterbalikkan" yang bermaksud ia akan berfungsi dengan baik jika masa ditakrifkan sebagai berjalan ke belakang. Jadi mengapa masa sentiasa bergerak ke hadapan? Dan adakah ia akan sentiasa berbuat demikian?

Adakah masa mempunyai permulaan?

Sebarang konsep masa sejagat akhirnya mesti berdasarkan evolusi kosmos itu sendiri. Apabila anda melihat ke atas alam semesta, anda melihat peristiwa yang berlaku pada masa lalu – ia memerlukan masa yang singkat untuk menghubungi kami. Malah, pemerhatian yang paling mudah pun boleh membantu kita memahami masa kosmologi: contohnya fakta bahawa langit malam adalah gelap. Sekiranya alam semesta mempunyai masa lampau yang tidak terhingga dan luasnya yang tidak terhingga, langit malam akan menjadi terang sepenuhnya – dipenuhi dengan cahaya daripada bilangan bintang yang tidak terhingga dalam kosmos yang sentiasa wujud.

Untuk masa yang lama saintis, termasuk Albert Einstein, berfikir bahawa alam semesta adalah statik dan tidak terhingga. Pemerhatian telah menunjukkan bahawa ia sebenarnya berkembang, dan pada kadar yang semakin pantas. Ini bermakna ia mesti berasal dari keadaan yang lebih padat yang kita panggil Big Bang, membayangkan bahawa masa memang mempunyai permulaan. Malah, jika kita mencari cahaya yang cukup lama, kita juga boleh melihat sinaran peninggalan dari Big Bang - latar belakang gelombang mikro kosmik. Menyedari ini adalah langkah pertama dalam menentukan usia alam semesta (lihat di bawah).

Tetapi terdapat satu halangan, teori relativiti khas Einstein, menunjukkan bahawa masa adalah … relatif: lebih cepat anda bergerak berbanding saya, masa yang lebih perlahan akan berlalu untuk anda berbanding persepsi saya tentang masa. Jadi dalam alam semesta kita yang mengembang galaksi, bintang berputar dan planet berputar, pengalaman masa berbeza-beza: segala-galanya masa lalu, sekarang dan masa depan adalah relatif.

Jadi adakah masa sejagat yang kita semua boleh bersetuju?

Garis masa alam semesta. Reka bentuk Alex Mittelmann, Coldcreation/wikimedia, CC BY-SA

Ternyata kerana alam semesta secara purata adalah sama di mana-mana, dan secara purata kelihatan sama di setiap arah, terdapat "masa kosmik". Untuk mengukurnya, kita hanya perlu mengukur sifat latar belakang gelombang mikro kosmik. Ahli kosmologi telah menggunakan ini untuk menentukan umur alam semesta; zaman kosmiknya. Ternyata alam semesta berusia 13.799 bilion tahun.

Anak panah masa

Jadi kita tahu masa kemungkinan besar bermula semasa Big Bang. Tetapi ada satu persoalan yang membingungkan yang kekal: apakah sebenarnya masa?

Untuk membongkar soalan ini, kita perlu melihat sifat asas ruang dan masa. Dalam dimensi ruang, anda boleh bergerak ke hadapan dan ke belakang; penumpang mengalami perkara ini setiap hari. Tetapi masa berbeza, ia mempunyai hala tuju, anda sentiasa bergerak ke hadapan, tidak pernah di belakang. Jadi mengapa dimensi masa tidak boleh diubah? Ini adalah salah satu masalah utama yang belum diselesaikan dalam fizik.

Untuk menjelaskan mengapa masa itu sendiri tidak dapat dipulihkan, kita perlu mencari proses dalam alam semula jadi yang juga tidak dapat dipulihkan. Salah satu daripada beberapa konsep sedemikian dalam fizik (dan kehidupan!) ialah perkara-perkara cenderung menjadi kurang "kemas" apabila masa berlalu. Kami menghuraikan ini menggunakan sifat fizikal yang dipanggil entropi yang mengekodkan susunan sesuatu.

Bayangkan kotak gas di mana semua zarah pada mulanya diletakkan di satu sudut (keadaan tertib). Lama kelamaan mereka secara semula jadi akan berusaha untuk mengisi keseluruhan kotak (keadaan tidak teratur) - dan untuk meletakkan zarah kembali ke keadaan teratur akan memerlukan tenaga. Ini tidak dapat dipulihkan. Ia seperti memecahkan telur untuk membuat telur dadar – apabila ia merebak dan memenuhi kuali, ia tidak akan kembali menjadi berbentuk telur. Ia sama dengan alam semesta: apabila ia berkembang, entropi keseluruhan meningkat.

Malangnya itu tidak akan membersihkan dirinya sendiri. Alex Dinovitser/wikimedia , CC BY-SA

Ternyata entropi adalah cara yang cukup baik untuk menerangkan anak panah masa. Dan walaupun ia mungkin kelihatan seperti alam semesta menjadi lebih teratur dan bukannya kurang - pergi dari lautan liar yang secara relatifnya menyebarkan gas panas secara seragam pada peringkat awalnya kepada bintang, planet, manusia dan artikel tentang masa - namun ada kemungkinan ia semakin bercelaru. Ini kerana graviti yang dikaitkan dengan jisim yang besar mungkin menarik jirim ke dalam keadaan yang kelihatan teratur – dengan peningkatan gangguan yang kita fikir pasti berlaku yang entah bagaimana tersembunyi di dalam medan graviti. Jadi gangguan boleh meningkat walaupun kita tidak melihatnya.

Tetapi memandangkan kecenderungan alam semula jadi yang lebih suka kekacauan, mengapakah alam semesta bermula dalam keadaan tersusun sedemikian pada mulanya? Ini masih dianggap misteri. Sesetengah penyelidik berpendapat bahawa Big Bang mungkin bukan permulaan, sebenarnya mungkin terdapat "alam semesta selari" di mana masa berjalan dalam arah yang berbeza.

Adakah masa akan berakhir?

Masa mempunyai permulaan tetapi sama ada ia akan berakhir bergantung pada sifat tenaga gelap yang menyebabkan ia berkembang pada kadar yang semakin pantas. Kadar pengembangan ini akhirnya boleh mengoyakkan alam semesta, memaksanya berakhir dengan Rip Besar; sebagai alternatif tenaga gelap mungkin mereput, membalikkan Dentuman Besar dan menamatkan Alam Semesta dalam Kehancuran Besar; atau Alam Semesta mungkin berkembang selama-lamanya.

Tetapi adakah mana-mana senario masa hadapan ini akan tamat masa? Nah, mengikut peraturan aneh mekanik kuantum, zarah rawak yang kecil boleh muncul seketika daripada vakum - sesuatu yang dilihat sentiasa dalam eksperimen fizik zarah. Ada yang berpendapat bahawa tenaga gelap boleh menyebabkan "turun naik kuantum" sedemikian sehingga menimbulkan Big Bang baharu, menamatkan garis masa kita dan memulakan yang baharu. Walaupun ini sangat spekulatif dan sangat tidak mungkin, apa yang kita tahu ialah hanya apabila kita memahami tenaga gelap barulah kita mengetahui nasib alam semesta.

Jadi apakah hasil yang paling mungkin? Hanya masa yang akan menentukan.